Forschungsbereich Erde und Umwelt

Die Erd- und Umweltforschung untersucht die grundlegenden Funktionen des Systems Erde und die Wechselwirkungen zwischen Gesellschaft und Natur und schafft damit eine solide Wissensbasis, um die menschlichen Lebensgrundlagen langfristig zu sichern.

Einblicke in den Forschungsbereich Erde und Umwelt

Hier stellen wir Ihnen aktuelle Forschungsprojekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Helmholtz-Zentren vor.

Zwei Grad Celsius mehr gefährden den Westantarktischen Eisschild

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Die Antarktis und Grönland sind von Eisschilden bedeckt, die zusammen mehr als zwei Drittel des Süßwassers der Erde speichern. Mit steigenden Temperaturen schmelzen die Eismassen, der globale Meeresspiegel steigt und bedroht Küstenregionen. Schon heute trägt die Antarktis 0,4 Millimeter zum jährlichen Meeresspiegelanstieg bei. Der aktuelle Weltklimabericht macht jedoch deutlich, dass die Entwicklung der Eismassen in der Antarktis noch nicht ausreichend verstanden ist. Daher haben Klimamodellierer des Alfred-Wegener-Instituts die Veränderungen des antarktischen Eisschildes analysiert und ihre Erkenntnisse auf Zukunftsprojektionen angewendet.

„Sowohl für die letzte Warmzeit vor etwa 125.000 Jahren als auch für die Zukunft identifizieren wir in unserer Studie kritische Temperaturlimits im Südlichen Ozean: Steigt die Ozean-temperatur um mehr als zwei Grad Celsius im Vergleich zu heute, wird der Westantarktische Eisschild verloren gehen. Dies führt dann zu einem drastisch erhöhten Beitrag der Antarktis zum Meeresspiegelanstieg von etwa drei bis fünf Metern“, erklärt AWI-Klimawissenschaftler Johannes Sutter. 

Dieser Anstieg tritt ein, wenn die Klimaerwärmung weitergeht wie bisher. „Bei einem „business-as-usual“-Szenario der globalen Erwärmung könnten diese westantarktischen Eismassen innerhalb der nächsten 1.000 Jahre komplett verschwinden“, sagt Johannes Sutter. Den Modellrechnungen zufolge würden die Eismassen in zwei Schüben schrumpfen. Ein erster Schub würde zum Rückzug des Schelfeises führen. Das sind die Eismassen im Küstenbereich der Antarktis. Bei Verlust der Schelfeise würde sich das Fließtempo der dahinter liegenden Eismassen des Inlandeises beschleunigen, der Eiseintrag in den Ozean nähme zu. Infolgedessen zögen sich die Gletscher weiter zurück und erreichten erst dann einen stabilen Zwischenzustand, wenn ein Bergrücken unter dem Eis dessen Rückzug verlangsamen würde.

Nähme die Ozeantemperatur weiter zu oder erreichte die Gründungslinie des Eises einen landeinwärts steil abfallenden Untergrund, zögen sich die Gletscher auch nach Erreichen des ersten stabilen Zwischenzustands weiter zurück. Dies führte letztlich zu einem kompletten Kollaps des West-antarktischen Eisschildes. „In den Rekonstruktionen zum Meeresspiegelanstieg der letzten Warmzeit findet man ebenfalls zwei Maxima. Das Verhalten der Westantarktis in unserem neu entwickelten Modell könnte genau die Erklärung dafür sein“, sagt Johannes Sutter. 

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Rekordkonzentration von Mikroplastik im arktischen Meereis

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung (AWI), haben im arktischen Meereis so viel Mikroplastik wie nie zuvor gefunden. Die Eisproben enthielten zum Teil mehr als 12.000 Mikroplastik-Teilchen pro Liter Meereis. Der Ursprung der Plastikpartikel ist vielfältig. Die Spuren reichen bis zum Müllstrudel im Pazifischen Ozean. Der hohe Anteil von Lack- und Nylonpartikeln verweist zudem auf den zunehmenden Schiffsverkehr und Fischfang im Arktischen Ozean.


Wolkenbildung: Feldspat als Gefrierkeim

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Rund 90 Prozent des Niederschlags über Kontinenten hängen davon ab, dass sich in Wolken Eiskristalle bilden, die dann durch ihr Gewicht nach unten fallen. Das Wasser gefriert nur, wenn bestimmte, seltene Staubpartikel vorhanden sind. Diese mikroskopischen Gefrierkeime bestehen oft aus Feldspat. Forscherinnen und Forscher des KIT sowie des University College London konnten nun zeigen, dass Eis nicht auf den von außen zugänglichen Kristallflächen des Feldspats zu wachsen beginnt, sondern an mikroskopischen Defekten wie Stufen, Rissen und Vertiefungen.


Böden im Wandel

Forschungszentrum Jülich

In welchem Ausmaß grüne Pflanzen den Anstieg des Treibhausgases CO 2 in der Atmosphäre bremsen können, ist bislang schwer zu kalkulieren. Eine vom BMBF geförderte Nachwuchsgruppe um den Jülicher Agrosphärenforscher Alexander Graf untersuchte den Austausch von Treibhausgasen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre und ermittelte die CO 2-Bilanz von zwei unterschiedlich bewirtschafteten Feldern. Das Ergebnis: Das Feld, auf dem Zwischenfrüchte angebaut wurden, nahm rund 60 Prozent mehr CO 2 auf. Messungen mit der Forschungsinfrastruktur ICOS – Integrated Carbon Observation System – sollen weitere Werte liefern.


Mobile Todeszonen im Atlantik

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Immer wieder bilden sich vor den Küsten Westafrikas 100 bis 150 Kilometer große Ozeanwirbel, die anschließend westlich über den Atlantik wandern. Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel konnten diese Wirbel erstmals direkt beproben. Dabei stellten sie fest, dass deren Inneres oft nahezu sauerstofffrei ist. Bei der weiteren Auswertung der Daten wiesen die Beteiligten Prozesse nach, die aus dem Atlantik vorher nicht bekannt waren. Dazu gehört auch die natürliche Produktion erheblicher Mengen von Treibhausgasen.


Wie Pflanzen durch Duftstoffe Krankheiten abwehren

Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Flüchtige Monoterpene, die Fichtennadeln ihren Duft verleihen, aktivieren in bakteriell befallenen Pflanzen eine Immunabwehr, die gleichzeitig Warnsignale für ihre benachbarten Pflanzen sind. Dies konnten Arbeitsgruppen des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie des Helmholtz Zentrums München am Pflanzenmodell Arabidopsis thaliana erstmals nachweisen. Die Wirkung dieser Duftstoffe als flüchtiges Immunsignal könnte zukünftig neue Ansätze im Pflanzenschutz, auch gegen bakterielle Krankheitserreger und Pilze, ermöglichen.


Wenn Kontinente zerbrechen, wird es warm auf der Erde

Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Der CO 2-Gehalt der Atmosphäre ist maßgeblich für die Klimaentwicklung. Bevor der Mensch begann, diesen zu beeinflussen, wurde er allein durch natürliche Prozesse bestimmt. Als eine maßgebliche Kohlenstoffquelle galt Vulkanismus an mittelozeanischen Rücken, über den CO 2 aus der Tiefe an die Oberfläche gelangt. GFZ-Forscher haben nun gezeigt: Noch mehr CO 2 entgast an den „Riftzonen“, wo Kontinente zerbrechen – etwa in Ostafrika oder dem Egergraben. Dies bezieht sich jedoch auf geologische Zeiträume. Im Vergleich dazu ist die gegenwärtige anthropogene CO2-Freisetzung deutlich größer.


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Kontakt

 

"Taking the pulse of the planet" 

Broschüre des Helmholtz Earth Observatory Network (Januar 2013)

 

Integrierte Forschung zur Lösung globaler Wasserprobleme

Broschüre des Helmholtz Wasser Netzwerks